隧道课程设计指导书

《隧道⼯程》课程设计⼀、课程设计任务书（⼀）设计题⽬

《成都⾄泸州⾼速公路⼆峨⼭隧道⼯程衬砌结构计算》（⼆）提供资料

1、《成都⾄泸州⾼速公路⼆峨⼭隧道⼯程地质勘察报告》2、成都⾄泸州⾼速公路⼆峨⼭隧道平⾯布置图3、成都⾄泸州⾼速公路⼆峨⼭隧道剖⾯（三）设计内容⑴隧道围岩地质分级⑵确定围岩物理⼒学参数⑶确定隧道建筑限界尺⼨⑷确定隧道内轮廓尺⼨⑸计算隧道围岩压⼒⑹衬砌结构的设计⑺计算衬砌结构的内⼒⑻衬砌结构的配筋计算（四）设计要求

⑴计算书要求书写⼯整、数字准确、图⽂并茂。

⑵制图要求所有图线、图例尺⼨和标注⽅法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中⽂书写为仿宋字。⑶成果内容①详细的计算过程；②必要的计算说明；

③计算成果图表（围岩分级表、围岩参数表、建筑限界尺⼨图、隧道内轮廓尺⼨图、隧道围岩压⼒计算成果⽰意图、复合衬砌⽀护参数图、衬砌结构计算成果图、配筋计算成果表）（四）个⼈任务学号洞段车道设计时速

5个洞段分别是K37+350～K37+460；K37+350～K37+460；K38+820～K38+990；K38+990～K39+580；K39+580～K39+710；

4种车道：两车道；两车道带紧急停车带；三车道；三车道带紧急停车带；

2种设计时速：⾼速公路120公路/⼩时；⾼速公路100公路/⼩时；⼆、课程设计指导书（⼀）隧道围岩地质分级划分

隧道围岩级别划分依据《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）中的3.6节《围岩分级》中各项规定进⾏划分。结合《隧道地质勘察报告》中的地层岩性的描述、岩⽯物理⼒学性质、结构⾯特征、洞室埋藏深度、⽔⽂地质条件、不良地质现象、施⼯⽅法等因素综合分析确定。⼯作步骤

隧道围岩分级的综合评判⽅法采⽤两步分级，按以下顺序进⾏：

⑴根据岩⽯的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进⾏初步分级。⑵对围岩进⾏详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值。

⑶按修正后的岩体基本质量指标［BQ］，结合岩体的定性特征综合评判，按JTG D70－2004表3.6.5确定围岩的详细分级。具体过程

围岩分级中岩⽯坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对应关系应符合下列规定：⑴岩⽯坚硬程度可按JTG D70－2004表3.6.2-1定性划分。⑵岩⽯坚硬程度定量指标⽤岩⽯单轴饱和抗压强度Rc表达。

围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标R C值和K V值按下式计算：BQ=90+3R C+250K V

式中：BQ——围岩基本质量指标；R C——岩⽯单轴饱和抗压强度；

K V——岩体完整性系数，采⽤弹性波速探测值。式中：为岩体弹性纵波波速；为岩⽯弹性纵波波速；使⽤以上公式时应遵守下列限制条件：

①当R C＞90 K V时，应以R C=90K V+30和K V代⼊计算BQ值；②当K V＞0.04R C+0.4时，应以K V=0.04R C+0.4和R C代⼊计算BQ值。围岩详细定级时，如遇下列情况之⼀，应对岩体基本质量指标BQ进⾏修正：①有地下⽔；

②围岩稳定性受软弱结构⾯影响，且由⼀组起控制作⽤；③存在⾼应⼒。

围岩基本质量指标修正值［BQ］可按下式计算：［BQ］= BQ –100（K1+ K2+ K2）

式中：［BQ］——围岩基本质量指标修正值；K1——地下⽔影响修正系数；

K2——主要软弱结构⾯产状影响修正系数。K3——初始应⼒状态影响修正系数。

K1、K2、K3按JTG D70－2004附录A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、表A.0.2-3确定，围岩极⾼及⾼初始应⼒状态的评估，可按附录A中表A.0.3规定进⾏。

（⼆）确定围岩物理⼒学参数

按照围岩级别，根据JTG D70－2004附录A中A.0.4的表A.0.4-1表选取各级围岩的物理⼒学参数。围岩级别重度

弹性抗⼒系数变形模量泊松⽐内摩擦⾓粘聚⼒计算摩擦⾓Ⅱ25~27 1200~1800 20~33 0.2~0.25 50~60 1.5~2.1 70~78Ⅲ23~25 500~1200 6~20 0.25~0.3 39~50 0.7~1.5 60~70Ⅳ20~23 200~500 1.3~6 0.3~0.35 27~39 0.2~0.7 50~60Ⅴ17~20 100~200 1~2 0.35~0.45 20~27 0.05~0.2 40~50

Ⅵ15~17 <100 <1 0.4~0. 5 <20 <0.2 30~40 （三）确定隧道建筑限界尺⼨

由任务书中给定的隧道长度、公路等级、⾏车道、设计车速、⼈⾏道与检修道的设置等设计基础信息，根据JTG D70－2004中的4.4节《隧道横断⾯设计》与JTG B01－2003公路⼯程技术标准中2.0.7公路建筑界限中对隧道⼯程的规定以及7.0.2与7.0.3中的各项规定进⾏划定。重要规定有如下：

1、建筑限界⾼度，⾼速公路、⼀级公路、⼆级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m。2、⾼速公路、⼀级公路的隧道应在两侧设置检修道，其宽度等于或⼤于0.75m。⼆、三级公路的隧道宜在两侧设置⼈⾏道（兼检修道），其宽度应等于或⼤于0.75m。四级公路可不设⼈⾏道，但应保留0.25m的C值

3、当设置检修道或⼈⾏道时，不设余宽；当不设置检修道或⼈⾏道时，应设不⼩于25cm的余宽。

4、单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准修建。

5、⾼速公路和⼀级公路隧道内应设置检修道。其它等级公路隧道，应根据隧道所在

地区的⾏⼈密度、隧道长度、交通量及交通安全等因素确定⼈⾏道的设置。检修道或⼈⾏道宜双向设置；检修道或⼈⾏道宽度按照表4.4.1规定选定，检修道或⼈⾏道的⾼度可按20~80cm取值，并综合考虑⼀下因素；①、检修⼈员步⾏时的安全；

②紧急情况时，驾乘⼈员拿消防设备⽅便；③满⾜其下放置电缆、给⽔管等的空间尺⼨要求；

6、隧道内路侧边沟应结合检修道、侧向宽度、余宽等布置，其宽度应⼩于侧向宽度，并布置于车道两侧。7、隧道长度分类隧道长度分类

8、各级公路隧道建筑限界尺⼨

不含紧急停车带含紧急停车带

—建筑限界⾼度；—⾏车道宽度；—左侧向宽度；—右侧向宽度；—余宽；—检修道宽度；—⼈⾏道宽度；—检修道或⼈⾏道的⾼度；—建筑限界左顶⾓宽度，；—建筑限界右顶⾓宽度，当时，，当时；长、特长隧道应在⾏车⽅向的右侧设置紧急停车带，紧急停车带应取3.5m，长度取40m；

注：①三车道隧道除增加车道数外，其它宽度同表，增加车道的宽度不得⼩于3.5m。

②连拱隧道的左侧可不设检修道或⼈⾏道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或25cm（80km/h与60km/h时）的余宽。③设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜⼩于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜⼩于1.0m （四）确定隧道内轮廓尺⼨

按照已经确定的公路隧道建筑限界尺⼨，根据JTG D70－2004中附录B中关于两车道（标准断⾯与紧急停车带断⾯）和三车道（标准断⾯与紧急停车带断⾯）的内轮廓尺⼨规定。

两车道、三车道的隧道内轮廓标准断⾯形式由：拱部为单⼼半圆，侧墙为⼤半径圆弧，仰拱与侧墙间⽤⼩半径圆弧连接。最终，要保障隧道内轮廓尺⼨应将隧道建筑限界尺⼨包括在隧道内轮廓中。

—拱部圆弧半径；—侧墙圆弧半径；—侧墙与仰拱连接段圆弧半径；—仰拱圆弧半径；—路⾯⾄起拱线的⾼度；—侧墙结构⾼度；—设仰拱时的侧墙结构⾼度（侧墙与仰拱连接点⾄起拱线的⾼度）；—起拱线与的夹⾓；

—设仰拱时起拱线与的夹⾓；—隧道结构中⼼线与的夹⾓；；—紧急停车带拱部圆弧半径；—半径为的拱部圆弧段夹⾓；—拱部与侧墙连接段圆弧半径；—半径与的圆弧段夹⾓；

—拱部圆弧半径；—拱部与侧墙连接段圆弧半径；—侧墙圆弧半径；—侧墙与仰拱连接段圆弧半径；—仰拱圆弧半径；—路⾯⾄起拱线的⾼度；—侧墙结构⾼度；—设仰拱时的侧墙结构⾼度（侧墙与仰拱连接点⾄起拱线

的⾼度）；—起拱线与的夹⾓；—设仰拱时起拱线与的夹⾓；—隧道结构中⼼线与的夹⾓；

；—半径为的拱部圆弧段夹⾓；—半径与的圆弧段夹⾓；（五）计算隧道围岩压⼒

隧道围岩压⼒荷载计算按照JTG D70－2004中6.2节“永久荷载”与附录E中的规定进⾏计算。具体步骤按照：①⾸先进⾏浅埋和深埋隧道的划界；②如符合JTG D70－2004的附录E中规定属于浅埋隧道的，考察是否符合“埋深H等效荷载⾼度”和“埋深H且”两种情况之⼀进⾏计算；③如符合JTG D70－2004的附录E中规定属于深埋隧道的，按照普⽒⽅法进⾏计算。

①深、浅埋隧道的分界深度判定判定公式为：

式中：—浅埋隧道分界深度；—荷载等效⾼度，，为围岩重度；

；S—围岩的级别；ω—宽度影响系数，ω=1+i(B-5)；B为⽆⽀护条件下隧道⽑洞宽度；i—B>5时取i =0.1，B<5时取i =0.2；②浅埋隧道荷载

当埋深H等效荷载⾼度时：垂直均布压⼒：

—隧道上覆围岩重度；H—隧道坑顶到地⾯距离；侧向压⼒：

—隧道⾼度；—围岩计算摩擦⾓；

当埋深H且时：

垂直均布压⼒：，

侧向梯形分布压⼒：；各级围岩的值

围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ值0.9(0.7~0.9)(0.5~0.7)(0.3~0.5)式中：H—隧道坑顶到地⾯距离；h—隧道坑底到地⾯距离；—围岩计算摩擦⾓；为

⽆⽀护条件下隧道⽑洞宽度；③深埋隧道荷载

按照普⽒⽅法进⾏计算。普⽒系数：

塌落拱⾼度：

垂直均布压⼒：

侧向梯形分布压⼒：

式中，—岩⽯单轴抗压强度；c—粘聚⼒；—内摩擦⾓；B—隧道宽度；H—隧道⾼度；—围岩重度；（六）衬砌结构的设计

衬砌结构设计按照复合式衬砌结构设计，参看JTG D70－2004中的8.4.2节内容。先按照⼯程类⽐⽅法进⾏初步设计，然后根据结构计算进⾏验算，再作出适当调整。

（七）计算衬砌结构的内⼒

衬砌结构的内⼒计算按照荷载结构法进⾏计算，运⽤结构⼒学求解器（⼯程版）Vs2.0。衬砌结构上的荷载图如下图：⽔平压⼒竖向围岩⼟压⼒q

荷载只考虑三种荷载：①围岩压⼒；②衬砌⾃重；③弹性抗⼒衬砌结构的结构⼒学建模简图如下图：

衬砌结构采⽤⼀圈闭合的梁单元，周边采⽤弹簧⽀撑（不少于20个），弹簧⽀撑需注意弹簧只能受压不能受拉，受压模量（即弹性系数）取围岩的弹性抗⼒系数。由于衬砌单元是曲线梁，固可适当多取⼀些弹簧⽀撑，弹簧⽀撑之间的梁单元采⽤直线梁，为⽅便荷载的施加，围岩压⼒的均布或分布式荷载全部转化到弹簧⽀撑上的节点荷载。结构计算的成果应包括轴⼒、弯矩、剪⼒、变形。（⼋）衬砌结构的配筋计算

根据结构计算的轴⼒、弯矩、剪⼒进⾏配筋计算与裂缝宽度的校核。详细规定请参看JTG D70－2004附录K，以及相应的钢筋混凝⼟设计规范。配筋计算的流程应包括：

①配筋形式与截⾯尺⼨的说明；（对称配筋还是⾮对称配筋）②偏⼼距的计算与⼤、⼩偏⼼的判定；

③⼤或⼩偏⼼情况下结构配筋计算；（应考虑弯矩作⽤平⾯内的挠度对偏⼼距的影响）④裂缝宽度验算；三、参考⽂献

1.《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）；

2. 《公路隧道施⼯技术规范》（JTJ042-94）；孙维东主编. ⼟⼒学与地基基础. 北京：机械⼯业出版社，20033. 《隧道⼯程》王毅才主编⼈民交通出版社；4. 《混凝⼟结构规范》（ZBBZH/GJ 2）